package com.lark.algorithm.study.avl;

import com.lark.algorithm.study.map.Map;

import java.util.ArrayList;

/**
 * @author btmood
 * @version 1.0
 * @apiNote
 * @since 2024-05-06 22:12
 */
public class AVLTree<K extends Comparable<K>, V> implements Map<K, V> {

    private class Node {
        public K key;
        public V value;
        // 左孩子、右孩子
        public Node left, right;
        // 节点的高度
        public int height;

        public Node(K key, V value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            left = null;
            right = null;
            // 节点的高度默认是1
            height = 1;
        }
    }

    private Node root;
    private int size;

    public AVLTree() {
        root = null;
        size = 0;
    }

    /**
     * 向映射添加元素
     * 其实添加元素和往BST添加元素是一样的
     * @param key
     * @param value
     */
    @Override
    public void add(K key, V value) {
        root = add(root, key, value);
    }

    // 向以node为根的二分搜索树中插入元素(key, value) 递归算法
    // 返回插入新节点的二分搜索树的根
    private Node add(Node node, K key, V value) {
        if (node == null) {
            size++;
            return new Node(key, value);
        }
        if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            node.left = add(node.left, key, value);
        } else if (key.compareTo(node.key) > 0) {
            node.right = add(node.right, key, value);
        } else {
            // key.compareTo(node.key) == 0
            // 如果key相等，就让值等于新的值即可
            node.value = value;
        }

        // 对当前node的高度重新计算：左右孩子最大高度加1
        node.height = 1 + Math.max(getHeight(node.left), getHeight(node.right));

        // 计算平衡因子
        int balanceFactor = getBalanceFactor(node);
        // 当平衡因子大于1，表明这个节点不是平衡二叉树，需要做特殊处理
        if (Math.abs(balanceFactor) > 1) {
            System.out.println("unbalanced,balanceFactor:" + balanceFactor);
        }

        /**
         * 平衡维护： LL 右旋转  插入的元素在不平衡的节点的左侧的左侧
         * 注意：这里的balanceFactor是左子树减右子树，并且没有取绝对值，所以左子树肯定是比右子树长的
         * 而getBalanceFactor(node.left) >= 0 说明当前节点的左子树一定是有子节点的，并且左子树的左子树长度一定大于左子树的右子树
         */
        if (balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(node.left) >= 0) {
            return rightRotate(node);
        }

        /**
         * 平衡维护： RR 左旋转  插入的元素在不平衡的节点的右侧的右侧
         */
        if (balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(node.right) <= 0) {
            return leftRotate(node);
        }

        /**
         * 平衡维护： LR  先将左子树左旋转，再右旋转
         */
        if (balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(node.left) < 0) {
            node.left = leftRotate(node.left);
            return rightRotate(node);
        }

        /**
         * 平衡维护： RL  先将右子树右旋转，再左旋转
         */
        if (balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(node.right) > 0) {
            node.right = rightRotate(node.right);
            return leftRotate(node);
        }

        return node;
    }

    /**
     * 对节点y进行右旋转操作，返回旋转后新的根节点x
     *        y                             x
     *       / \                          /   \
     *      x   T4    向右旋转 (y)        z     y
     *     / \       ------------->     / \   / \
     *    z   T3                       T1  T2 T3 T4
     *   / \
     *  T1  T2
     *
     * @param y 要进行右旋转的节点
     * @return 旋转后的新根节点
     */
    private Node rightRotate(Node y) {
        Node x = y.left;
        Node t3 = x.right;

        // 向右旋转
        x.right = y;
        y.left = t3;

        // 更新height
        // 应为t的节点都是叶子节点，所以只需要更新y、x节点的高度就好了
        y.height = Math.max(getHeight(y.left), getHeight(y.right)) + 1;
        x.height = Math.max(getHeight(x.left), getHeight(x.right)) + 1;
        return x;
    }

    /**
     * 对节点y进行向左旋转操作，返回旋转后新的根节点x
     * @param y 要进行左旋转的节点
     * @return 旋转后的新根节点
     */
    private Node leftRotate(Node y) {
        Node x = y.left;
        Node t2 = x.right;

        // 向右旋转
        x.left = y;
        y.right = t2;

        // 更新height
        // 应为t的节点都是叶子节点，所以只需要更新y、x节点的高度就好了
        y.height = Math.max(getHeight(y.left), getHeight(y.right)) + 1;
        x.height = Math.max(getHeight(x.left), getHeight(x.right)) + 1;
        return x;
    }

    // 返回以Node为根节点的二分搜索树中，key所在的节点
    private Node getNode(Node node, K key) {
        if (node == null) {
            return null;
        }
        if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            return getNode(node.left, key);
        } else if (key.compareTo(node.key) > 0) {
            return getNode(node.right, key);
        } else {
            // key.compareTo(node.key) == 0
            return node;
        }
    }

    @Override
    public V remove(K key) {
        Node node = getNode(root, key);
        if (node == null) {
            return null;
        }
        remove(root, key);
        return node.value;
    }

    // 删除以node为根的二分搜索树中key为key的元素
    // 返回删除节点后新的二分搜索树的根
    private Node remove(Node node, K key) {
        if (node == null) {
            return null;
        }
        // 要返回的node，这里用变量，是为了保持这个ndoe的平衡
        Node retNode;
        if (key.compareTo(node.key) < 0) {
            node.left = remove(node.left, key);
            retNode =  node;
        } else if (key.compareTo(node.key) > 0) {
            node.right = remove(node.right, key);
            retNode = node;
        } else {
            // key.compareTo(node.key) == 0
            if (node.left == null) {
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size--;
                retNode = rightNode;
            } else if (node.right == null) {
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size--;
                retNode = leftNode;
            } else {
                Node successors = minimum(node.right);
//            successors.right = removeMin(node.right);
                /**
                 * 这里的删除操作也要保持树的平衡
                 */
                successors.right = remove(node.right, successors.key);
                successors.left = node.left;

                node.left = node.right = null;
                retNode = successors;
            }
        }

        if (retNode == null) {
            return null;
        }

        // 对当前node的高度重新计算：左右孩子最大高度加1
        retNode.height = 1 + Math.max(getHeight(retNode.left), getHeight(retNode.right));

        // 计算平衡因子
        int balanceFactor = getBalanceFactor(retNode);
        // 当平衡因子大于1，表明这个节点不是平衡二叉树，需要做特殊处理
        if (Math.abs(balanceFactor) > 1) {
            System.out.println("unbalanced,balanceFactor:" + balanceFactor);
        }

        /**
         * 平衡维护： LL 右旋转  插入的元素在不平衡的节点的左侧的左侧
         * 注意：这里的balanceFactor是左子树减右子树，并且没有取绝对值，所以左子树肯定是比右子树长的
         * 而getBalanceFactor(node.left) >= 0 说明当前节点的左子树一定是有子节点的，并且左子树的左子树长度一定大于左子树的右子树
         */
        if (balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(retNode.left) >= 0) {
            return rightRotate(retNode);
        }

        /**
         * 平衡维护： RR 左旋转  插入的元素在不平衡的节点的右侧的右侧
         */
        if (balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(retNode.right) <= 0) {
            return leftRotate(retNode);
        }

        /**
         * 平衡维护： LR  先将左子树左旋转，再右旋转
         */
        if (balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(retNode.left) < 0) {
            retNode.left = leftRotate(retNode.left);
            return rightRotate(retNode);
        }

        /**
         * 平衡维护： RL  先将右子树右旋转，再左旋转
         */
        if (balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(retNode.right) > 0) {
            retNode.right = rightRotate(retNode.right);
            return leftRotate(retNode);
        }

        return retNode;
    }
    
    private Node minimum(Node node) {
        if (node.left == null) {
            return node;
        }
        return minimum((node.left));
    }

    private Node removeMin(Node node) {
        if (node.left == null) {
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size--;
            return rightNode;
        }
        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }

    @Override
    public boolean contains(K key) {
        return getNode(root, key) != null;
    }

    @Override
    public V get(K key) {
        return getNode(root, key).value;
    }

    @Override
    public void set(K key, V value) {
        Node node = getNode(root, key);
        if (node == null) {
            throw new IllegalArgumentException(key + " is not in the map");
        }
        node.value = value;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * 判断是不是一颗二分搜索树
     * 二分搜索树的中序遍历结果得到的是一个有序数组，可以借此判断是否为一颗BST
     * @return true/false
     */
    public boolean isBST() {
        ArrayList<K> keys = new ArrayList<>();
        inOrder(root, keys);
        for (int i = 1; i < keys.size(); i++) {
            if (keys.get(i - 1).compareTo(keys.get(i)) > 0) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    /**
     * 中序遍历BST
     * @param node 根节点
     * @param keys 存key的集合
     */
    private void inOrder(Node node, ArrayList<K> keys) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        inOrder(node.left, keys);
        keys.add(node.key);
        inOrder(node.right, keys);
    }

    /**
     * 判断是否为平衡二叉树
     * @return true/false
     */
    public boolean isBalanced() {
        return isBalanced(root);
    }

    /**
     * 判断以node为根的二叉树是否为平衡二叉树
     * @param node 根节点
     * @return true/false
     */
    private boolean isBalanced(Node node) {
        // 空树是平衡二叉树
        if (node == null) {
            return true;
        }
        // 判断当前节点
        int balanceFactor = getBalanceFactor(node);
        if (Math.abs(balanceFactor) > 1) {
            return false;
        }
        // 判断左右子树
        return isBalanced(node.left) && isBalanced(node.right);
    }

    /**
     * 获取节点的高度
     * @param node 节点
     * @return 高度
     */
    private int getHeight(Node node) {
        if (node == null) {
            return 0;
        }
        return node.height;
    }

    /**
     * 获取节点的平衡因子
     * @param node 节点
     * @return 平衡因子
     */
    private int getBalanceFactor(Node node) {
        if (node == null) {
            return 0;
        }
        return getHeight(node.left) - getHeight(node.right);
    }
}
